Тонкая плёнка масла разделяет движущиеся поверхности. Здесь показана распространённая система с запасом масла в поддоне.
Масляная система: устройство и принцип работы
Снижает трение и уносит часть тепла от движущихся деталей.
Забор
Насос забирает масло из поддона.
Подача
Масло проходит фильтр и каналы к подшипникам и другим деталям.
Возврат
После смазки масло стекает в поддон. Клапан ограничивает слишком высокое давление.
Откуда в двигателе давление масла
Насос не создаёт давление сам по себе — он подаёт объём. Давление появляется, потому что масло протискивается через узкие зазоры подшипников.
Подача растёт с оборотами. Героторный насос даёт около 8 см³ за оборот: 6,5 л/мин на холостых и 24 л/мин при 3000 об/мин.
Вязкость решает. Горячее масло 5W-30 при 100 °C имеет вязкость 10 мм²/с, при 20 °C — 150 мм²/с. Густое масло хуже проходит через зазоры, и давление выше при той же подаче.
Клапан ограничивает сверху. При 5 бар открывается редукционный клапан. Он сливает лишнее в поддон, поэтому на холодную давление не растёт бесконечно.
Зазоры ограничивают снизу. Изношенные вкладыши — большие «утечки». На горячем холостом давление падает до 0,4 бар, и загорается лампа (порог около 0,5 бар).
Детали в модели «Масляная система»
Масляный картер (поддон). Стальная ванна под блоком с перегородкой от плескания и сливной пробкой. Хранит 3–3,6 л масла, здесь масло отдыхает, отдаёт тепло и отпускает пузырьки воздуха. Уровень проверяют щупом: между метками MIN и MAX около литра.
Маслоприёмник с сеткой. Трубка с колоколом и сеткой у дна поддона, в 5–6 мм над ним и глубоко под уровнем. Сетка задерживает крупную грязь до насоса.
Масляный насос (героторный). Внутренний ротор с 4 зубьями сидит на лысках носка коленвала и ведёт внешний ротор с 5 впадинами, смещённый на 5 мм. Камеры между ними растут у всасывающего окна и сжимаются у нагнетательного: около 8 см³ за оборот, 24 л/мин при 3000 об/мин.
Редукционный клапан. Плунжер с пружиной в корпусе насоса. Начинает открываться при 5 бар, открывает сливное окно и сливает лишнее масло обратно в поддон, чтобы холодное масло не разорвало фильтр.
Масляный фильтр. Полнопоточный: всё масло проходит через гофрированную бумагу снаружи внутрь. Перепускной клапан открывается при перепаде 1,2 бар, противодренажный клапан держит масло в фильтре на стоянке.
Масляные каналы. Главная магистраль Ø 9 мм вдоль блока, сверления к пяти коренным опорам, наклонные каналы в коленвале к шатунным шейкам, стояк в головку и форсунки охлаждения поршней.
Вкладыши коленвала. Тонкие стальные полукольца с антифрикционным слоем; в верхнем — канавка и отверстие для масла. Зазор до шейки 0,03–0,06 мм заполнен масляным клином, который держит вал без касания.
Форсунки охлаждения поршней. Шариковый клапан открывает форсунку при 1,8 бар, и струя бьёт в днище поршня снизу, снимая до 10% тепла поршня.
Датчик давления масла. Выключатель в магистрали: замыкает лампу на панели, когда давление ниже 0,3–0,5 бар.
Показ по шагам
Поддон и маслоприёмник. Насос всасывает масло со дна поддона через колокол с сеткой. Уровень должен быть выше колокола даже в повороте.
Героторный насос. Внутренний ротор на носке коленвала (4 зуба) обкатывает внешний (5 впадин). Камеры растут у всасывания снизу и сжимаются у нагнетания сверху.
Холодное масло и клапан. Масло при 0 °C в 40 раз гуще горячего. Насос легко достигает 5 бар, и редукционный клапан сбрасывает лишнее в поддон.
Фильтр. Масло идёт сквозь бумагу снаружи внутрь и выходит через центральную трубку. Если перепад больше 1,2 бар, открывается перепускной клапан.
Подшипники и коленвал. Из магистрали масло идёт к пяти коренным опорам, затем по наклонным сверлениям в коленвале — к шатунным шейкам. Форсунки поливают поршни снизу.
Горячий холостой ход. На горячем холостом давление минимальное — около 1 бар. Это самый честный режим проверки износа.
Что ломается и как это проявляется
Мало масла. Признаки: на ровной дороге всё нормально, а в поворотах, при торможении и на подъёмах мигает лампа давления. Потом появляется стук гидрокомпенсаторов. Что проверить: уровень щупом на ровном месте через 5 минут после остановки: между MIN и MAX (около 1 л). Ищут, куда уходит масло: течи или угар (синий дым).
Забит масляный фильтр. Признаки: внешне почти никак: давление нормальное. Но масло быстро чернеет, растёт износ, на холодную лампа может гаснуть дольше. Что проверить: пробег с прошлой замены (обычно 7–15 тыс. км), цвет масла. Фильтр меняют вместе с маслом; на сильно загрязнённом двигателе — чаще.
Редукционный клапан заклинило. Признаки: зимой на холодную стрелка давления упирается в максимум, через минуту после пуска появляется течь из-под прокладки фильтра или фильтр раздувает. Что проверить: давление манометром на холодном двигателе (норма — не выше 5–6 бар). Клапан разбирают, плунжер и отверстие очищают, пружину проверяют по длине.
Изношены вкладыши. Признаки: на холодную всё в порядке. На прогретом двигателе на холостых загорается или мигает лампа, при перегазовке гаснет. Внизу двигателя глухой стук. Что проверить: давление манометром на горячем холостом (норма около 1 бар и выше) и при 3000 об/мин (3–5 бар). Вскрытие: вкладыши, шейки, зазор пластиковым калибром.
Сетка маслоприёмника в шламе. Признаки: на холостых давление нормальное, а при разгоне лампа начинает мигать. На холодную после пуска лампа горит долго. Что проверить: снимают поддон и осматривают сетку и дно. Промывают поддон и маслоприёмник, меняют масло и фильтр, сокращают интервал замены.
Масло слишком жидкое. Признаки: после трассы в жару на холостых мигает лампа, давление ниже обычного на всех оборотах, двигатель шумнее. Что проверить: допуск и вязкость по инструкции к машине, запах бензина от щупа, рост уровня масла. Масло меняют, ищут причину разжижения.
Упрощения модели
Двигатель показан упрощённо: без ГРМ, клапанов, рубашки охлаждения и навесных агрегатов. Распредвал один, в плоскости разреза, его кулачки ни на что не давят.
Блок, постель, головка, поддон, передняя крышка с насосом, фильтр и маслоприёмник разрезаны (серая штриховка), а движущиеся детали — коленвал, шатуны, распредвал, роторы насоса — целые, как принято на разрезах. Сверления в коленвале видны «на просвет» сквозь щёки. Поршни и плунжер клапана разрезаны по оси: они ходят в плоскости разреза. Крышка насоса в разрезе снята, чтобы были видны роторы.
Крупнее, чем в жизни: зазор в коренных вкладышах и масляный слой в нём нарисованы около 0,6 мм вместо 0,04 мм, щель изношенного вкладыша — около 4 мм вместо 0,1 мм, сами вкладыши толще (4 мм вместо 1,5–2 мм); зазор между роторами насоса 0,4 мм вместо 0,05–0,15 мм; каналы в крышке насоса и в блоке Ø 6–12 мм вместо 5–9 мм.
Масло нарисовано в каналах и там, где сверления не вырезаны в отливке: в стенках блока, головки и передней крышки оно видно сквозь разрез. Магистраль вскрыта над каждым пролётом между опорами, чтобы масло в ней было видно.
Поддон глубже обычного: дно в 130 мм под осью коленвала, чтобы противовесы не касались масла даже при 4,5 л. Один литр поднимает уровень на 13 мм.
Лак на плунжере редукционного клапана нарисован целой коричневой гильзой поверх разрезанного плунжера, шлам на сетке — толще, чем бывает, иначе его не разглядеть. Корка на бумаге фильтра заполняет впадины складок и лежит на их вершинах слоем около 1 мм.
При слишком жидком масле из торцов коренных вкладышей тянутся жёлтые нити (Ø около 1 мм) — это знак быстрой утечки масла из зазоров, а не настоящая форма струй.
Давление посчитано по простой гидравлической модели: подача насоса против проводимости зазоров, вязкость по формуле Вальтера для 5W-30.
Привод насоса показан на носке коленвала. На многих двигателях насос стоит в поддоне и приводится цепью — принцип тот же.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.